A succinil coencima A sintetase (SCS), tamén chamada succinil-CoA sintetase ou succinato tioquinase ou succinato-CoA ligase, é un encima que cataliza a reacción reversible que converte o succinil-CoA en succinato, que forma parte do ciclo do ácido cítrico ou de Krebs. O encima facilita o acoplamento desta reacción coa formación dunha molécula de nucleósido trifosfato (que pode ser GTP ou ATP) a partir dunha molécula de fosfato inorgánico e outra de nucleósido difosfato (GDP ou ADP). Está localizado na matriz das mitocondrias.

Reacción e mecanismo A succinil-CoA sintetase cataliza a seguinte reacción reversible:

Succinil-CoA + Pi + NDP Succinato + CoA + NTP

onde Pi significa fosfato inorgánico, NDP é un nucleósido difosfato (GDP ou ADP), e NTP é un nucleósido trifosfato (GTP ou ATP). O encima facilita o acoplamento da conversión do succinil-CoA a succinato con formación de NTP a partir de NDP e Pi, o que se considera unha fosforilación a nivel de substrato. A reacción ten un cambio de enerxía libre no estado bioquímico estándar de -3.4 kJ/mol. A reacción ten lugar por un mecanismo de reacción en tres pasos mostrado na imaxe de máis abaixo. O primeiro paso implica a separación do coencima A (CoA) do succinil-CoA por unha molécula de fosfato inorgánico nucleofílica para formar succinil fosfato. O encima despois utiliza un residuo de histidina para quitar o grupo fosfato do succinil fosfato e xerar succinato. Finalmente, a histidina fosforilada transfire o grupo fosfato a un nucleósido difosfato, o cal xera o nucleósido trifosfato enerxético.

450px|Mecanismo da reacción catalizada pola succinil-CoA sintetase.

Estrutura

Subunidades A succinil-CoA sintetase de bacterias e mamíferos está constituída polas subunidades α e β, que se asocian formando dímeros ou tetrámeros segundo a especie. En Escherichia coli únense dous heterodímeros αβ para formar o heterotetrámero α2β2. Polo contrario, nas mitocondrias de mamíferos o encima activo é un dímero αβ e non forma o heterotetrámero. O heterotetrámeto deste encima en Escherichia coli foi cristalizado e caracterizado con grande detalle. Como se ve na imaxe 2, as dúas subunidades α (rosa e verde) sitúanse en lados opostos da estrutura e as dúas subunidades β (amarela e azul) interaccionan na rexión media da proteína. As dúas subunidades α só interaccionan cunha soa subunidade β, mentres que as subunidades β interaccionan cunha das subunidades α (formando o dímero αβ) e coa subunidade β do outro dímero αβ. Unha curta cadea de aminoácidos une as dúas subunidades β, o que dá lugar á estrutura tetramérica.

miniatura|dereita|500px|Imaxe 2: O heterotetrámero da succinil-CoA sintetase de E. coli; subunidades α: rosa e verde, β: amarelo e azul. As subunidades en rosa e amarelo forman un dos dímeros e as en verde e azul forman o outro. PDB ID: 1CQG.

A estrutura cristalina da subunidade α (isoforma que se une ao succinil-CoA) determinouse a unha resolución de 2,10 Å, e pode verse en PDB código 1CQJ. .

Residuos catalíticos As estruturas cristalinas da succinil-CoA sintetase de E. coli proporcionan evidencias de que o coencima A se une a cada unha das subunidades α (nun pregamento Rossman) en estreita proximidade a un residuo de histidina (His246α). Este residuo de histidina é fosforilado durante o paso de formación do succinato no mecanismo de reacción. A localización exacta da zona de unión do succinato non está ben definida. A formación do nucleósido trifosfato ten lugar nun dominio que atrapa o ATP, que está localizado preto do extremo N-terminal de cada subunidade β. Porén, este dominio está localizado a uns 35 Å do residuo de histidina fosforilado. Isto fixo pensar aos investigadores que o encima debe sufrir un cambio conformacional importante para facer que a histidina e dito dominio se acheguen e facilitar a formación do nucleósido trifosfato. Os experimentos de mutaxénese determinaron que dous residuos de glutamato (un preto da histidina catalítica, o residuo Glu208α, e outro preto do dominio que atrapa o ATP, o Glu197β) xogan un importante papel na fosforilación e desfosforilación da histidina, mais o mecanismo exacto polo cal o encima cambia de conformación non se comprende completamente.

Isoformas Johnson et al. describiu dúas isoformas da succinil-CoA sintetase nos mamíferos, unha que é específica para os nucleótidos de adenina, e outra para os de guanosina. A reacción é reversible, polo que poden formar ATP ou GTP (como ocorre normalmente nas células) ou ADP e GDP (na reacción en sentido inverso; por iso as isoformas se chaman "formadoras de ADP" ou "de GDP").

Número EC: 6.2.1.5 - formadora de ADP - Xene SUCLA2 do cromosoma 13 humano. Número EC: 6.2.1.4 - formadora de GDP - Xenes SUCLG1 do cromosoma 2, e SUCLG2 do cromosoma 3.

A forma específica do GTP é a que tradicionalmente se consideraba que interviña normalmente no ciclo do ácido cítrico, pero a expresión da subunidade específica do ATP comprobouse que é forte en moitos tecidos humanos e de rato, o que suxire que a succinil-CoA sintetase específica do ATP ten un papel importante en moitas especies animais, e suxírese que ambas as dúas poderían intervir no ciclo do ácido cítrico, seguramente cunha especialización por tecidos.

Función biolóxica Ciclo do ácido cítrico. O encima é fundamental para que funcione o ciclo do ácido cítrico, xa que ten que transformar o succinil-CoA en succinato, o cal continúa as reaccións do ciclo.

Xeración de nucleósidos trifosfato: A succinil-CoA sintetase é o único encima do ciclo do ácido cítrico que cataliza unha reacción na cal se forma un nucleósido trifosfato (GTP ou ATP) por medio dunha fosforilación a nivel de substrato. Atopouse que en E. coli o encima pode catalizar tanto a formación de GTP coma a de ATP. Porén, os mamíferos posúen distintos tipos de succinil-CoA sintetase (SCS) que son específicos para o GTP (G-SCS) ou o ATP (A-SCS) e son nativos de diferentes tecidos do organismo. Un interesante estudo que utilizou tecidos de pomba mostrou que o encima específico de GTP estaba localizado principalmente no fígado da pomba, e o específico de ATP no músculo da peituga. Outros estudos atoparon fenómenos similares en ratas, ratos e humanos. Parece que os tecidos tipicamente implicados no metabolismo anabólico (como o fígado e os riles) expresan a G-SCS, mentres que os dedicados ao metabolismo catabólico (como o cerebro, corazón, e músculo) expresan a A-SCS.

Formación de intermediatos metabólicos: Este encima facilita o fluxo metabólico de moléculas cara a outras vías metabólicas ao controlar a interconversión entre o succinil-CoA e o succinato. Isto é importante porque o succinil-CoA é un intermediato necesario para a biosíntese de porfirina, hemo, e corpos cetónicos.

Regulación e actividade Regulación e inhibición: En E. coli o encima é regulado a nivel transcricional. Demostrouse que o xene para a succinil-CoA sintetase (sucCD de E. coli) é transcrito xunto co xene da α-cetoglutarato deshidroxenase (sucAB) baixo o control dun promotor chamado sdhC, o cal forma parte do operón da succinato deshidroxenase. Este operón é regulado á alza pola presenza de oxíxeno e responde a diversas fontes de carbono. As drogas antibacterianas que impiden a fosforilación da histidina, como o composto LY26650, son potentes inhibidores da succinil-CoA sintetase bacteriana.

Actividade óptima: As medidas tomadas utilizando succinil-CoA sintetase de soia indican que a súa temperatura óptima de funcionamento é de 37 °C e o seu pH óptimo é 7,0-8,0.

Papel en enfermidades Acidose Láctica Infantil Fatal: Considérase que unha succinil-CoA sintetase defectuosa é a causa da Acidose Láctica Infantil Fatal, que é unha enfermidade que afecta aos meniños, que está caracterizada pola acumulación de niveis tóxicos de ácido láctico. A condición nos casos máis graves pode orixinar a morte xeralmente de 2 a 4 días despois do nacemento. Determinouse que os pacientes con esta condición presentan unha deleción de dous pares de bases no xene SUCLG1 que codifica a subunidade α do encima. Como resultado, nas células non hai unha succinato-CoA sintetase funcional, o que causa un importante desequilibrio no fluxo entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. Como as células nesas condicións carecen dun ciclo do ácido cítrico funcional, orixínase acidose porque as células se ven forzadas a utilizar a fermentación láctica como fonte primaria para producir ATP.

Notas

Véxase tamén Ligazóns externas

Categoría:Ligases Categoría:Ciclo do ácido cítrico